Модернизация системы ручного управления робота-манипулятора.

Автор Arkadii, Вторник, апреля 04, 2017, 04:56:09

« предыдущая тема - следующая тема »
Вниз

Arkadii

Вторник, апреля 04, 2017, 04:56:09 Последнее редактирование: Среда, апреля 12, 2017, 19:06:15 от Arkadii
Тема доклада: Модернизация системы ручного управления робота-манипулятора.
Исполнитель: гр341-об Медяник А.В., Зубковский В.



Система ручного управления

В данном докладе будет рассматриваться уже существующий лабораторный стенд «Робот -манипулятор», а точнее модернизация системы ручного управления.
В качестве объекта автоматизации рассматривается лабораторный стенд «робот-манипулятор». Для его управления используется контроллер фирмы SIEMENS - S7 200. На рисунках ниже представлен внешний вид установки и блок схемы системы автоматизации.



Обозначения на рисунке:
1) пульт ручного управления;
2) размещение оптического датчика по ординате X;
3) размещение оптического датчика по ординате Y;
4) размещение концевого выключателя по ординате X;
5) размещение монтажной платы системы коммутации и питания.


Подробного описания электромеханического робота, существующих систем коммутации и СУ здесь не будет, так как на этом этапе ничего нового не придумано!
Основной идеей этой работы является модернизация СРУ

Системы неавтоматического (ручного) управления -- такие СУ, в которых все функции контроля и управления выполняют люди (без ЭВМ и средств диспетчеризации). В процессе подготовки к управлению технологическим оборудованием технолог разрабатывает последовательность выполнения операций, определяет их параметры и характеристики, продолжительность операций и записывает в технологической карте. Оператор вручную управляет технологическим оборудованием в соответствии с разработанной технологией. Т.е. он посредством сигналов образует цепь управления технологическим оборудованием. Фактическое выполнение команд управления фиксирует оператор, образуя тем самым цепь обратной связи.

В имеющимся лабораторном стенде пульт ручного управления подключён к блоку питания схеме комму¬тации и контроллеру Siemens S7-200.

Я рассмотрю такой недостаток ручного управления как малая продуктивность. В  рассматриваемом лабораторном стенде устаревший и малоэффективный пульт управления, модернизацией которого буду заниматься в дальнейшем.
Как же его модернизировать и сделать современным и более эффективным?
Можно добавить множество кнопок и переключателей и в итоге получить тоже самое…  
(К электрическим аппаратам ручного управления относят рубильники, переключатели, выключатели, пакетные выключатели и контроллеры. Рубильники и переключатели предназначены для периодического (редкого) включения (отключения)-- коммутации (от одноименного латинского слова -- изменение, перемена) силовых электрических цепей напряжением до 500 В при силе номинального тока до 500 А.)


Тогда нужно добавить то чего еще не было, но с похожими функциями. Было принято решение использовать в качестве РУ геймпад, представляющий собой игровой штурвал подключаемый к ПК с большим количеством кнопок и подключаемыми к нему через com порт педалями.  Использованием потенциометров и большого разнообразие кнопок можно получить более продвинутую систему ручного управления.

Геймпад - штурвал с педалями, внешний вид устройства представлен на рисунке


Внешний вид геймпада

Сама конструкция руля очень проста, и при наличии необходимых инструментов и материалов, создать рулевой модуль совсем несложно, но я буду использовать уже готовый прибор.

Для начала разберем как работают, из чего состоят компоненты выбранного СРУ
Большинство геймпадов поддерживает 4 переменных сопротивления (потенциометра) и 4 мгновенных кнопки-выключателя (которые включены, пока нажаты). Получается,  одновремнно могут работать по 2 сопротивления (одно - влево/вправо, другое - вверх/вниз) и по 2 кнопки.
В стандартном джойстике потенциометр оси Х отвечает за движение рукоятки влево/вправо, а сопротивление оси Y - вперед/назад. Применительно к рулю и педалям, ось Х становится управлением, а ось Y соответственно дросселем и тормозом. Ось Y должна быть разделена и подключена так, чтобы 2 отдельных сопротивления (для педалей газа и тормоза) действовали как одно сопротивление, как в стандартном джойстике.
Как только станет ясна идея геймпорта, можно начинать проектировать любую механику вокруг основных двух сопротивлений и четырех выключателей: рулевые колеса, рукоятки мотоцикла, контроль тяги самолета насколько позволяет воображение.


Далее показаны основные части геймпада
Поговорим о рулевом модуле, на рисунках ниже показаны общие планы модуля (без механизма переключения передач) сбоку и в виде сверху.




Общие планы модуля
1. Рулевое колесо;
2. Ступица колеса;
3. Вал (болт 12мм x 180мм);
4. Винт (держит подшипник на валу);
5. 12мм подшипник в опорном кожухе;
6. Центрирующий механизм;
7. Болт-ограничитель;
8. Шестерни;
9. 100к линейный потенциометр;
10. Основа;
11. Ограничитель вращения;
12. Скоба;
13. Резиновый шнур;
14. Угловой кронштейн;
15. Механизм переключения передач.


Центрирующий механизм
1. 22мм болты;
2. Алюминиевые пластин;
3. Вкладыши 13мм;
4. Стальной стержень;
5. Рулевой вал;



Педальный потенциометр
Педальный потенциометр установлен на простом L-кронштейне (14) в задней части модуля. Тяга (11) крепится к приводу (12) на втулках (9, 13), позволяя сопротивлению вращаться в диапазоне 90 градусов.


Механизм переключения передач
Рычаг коробки передач представляет собой следующую конструкцию: Стальной стержень  крепится к рычагу через втулку  и проходит через отверстие на основании модуля руля. С обеих сторон отверстия в кронштейне на стержень установлены две пружины (1) и затянуты гайками так, чтобы создавалось усилие при движении рычага, используется два маленьких шарнира (4), которые установлены на ступицу колеса. Рычаги (1) крепятся к шарнирам таким способом, чтобы они могли двигаться только в одном направлении, т. е. к колесу. В отверстия в рычагах вставляются два маленьких выключателя (3), так, чтобы при нажатии они упирались в резиновые подушечки (2), приклеенные к колесу и срабатывали. Если выключатель имеет недостаточно жесткое давление, то возврат рычагов можно обеспечить пружинами (5), установленными на шарнир.

Потенциометр одна из важнейших деталей в устройстве и нельзя упустить его возможности при модернизации робота
Немного о том, как работает потенциометр. Если снять с него крышку, то можно увидеть, что он состоит из изогнутой токопроводящей дорожки с контактами А и С на концах и бегунка, соединенного с центральным контактом В (рис 11). Когда вал вращается против часовой стрелки, то сопротивление между А и В увеличится на то же самое количество, на какое уменьшается между С и В.

С педалями не так все просто. Поворот руля эквивалентен движению джойстика влево/вправо, а нажатие педалей газ/тормоз соответственно - вверх/вниз. И если сразу нажать на обе педали, то они взаимно исключат друг друга, и ни какого действия не последует. Это одно-осевая система подключения, но возможно , использовать двух-осевую систему газ/тормоз связанные с одновременным использованием газа и тормоза.


Схема подключения двух-осевого устройства

Выключатели - любые какие есть, но, как было написано выше, они должны иметь мгновенный (то есть незапирающий) тип.

Провода любые, главное, чтобы их можно было легко припаять к разъему.

Ко всем использованным элементам подключаются переключатели позволяющие менять направление сигналов, с платы геймпада на непосредственно контролер.


Модернизированная схема геймпада выглядит следующем образом.


Модернизированная электрическая схема геймпада

Необходимо подключить модернизированную схему геймпада к контролеру SIEMENS  - S7 200.


ПЛК Siemens S7 - 200

На имеющемся контролере не хватит входов для подключения  геймпада, поэтому для подключения аналоговых входов потребуется поставить модуль расширения ЕМ235;
Модули ввода-вывода аналоговых сигналов предназначены для подключения к контроллеру аналоговых датчиков и исполнительных устройств. Модули ввода аналоговых сигналов выполняют аналого-цифровое преобразование входных аналоговых сигналов контроллера и формируют цифровое представление измеренных величин. Модули вывода выполняют цифро-аналоговое преобразование внутренних цифровых величин контролера и формирование его выходных аналоговых сигналов.


Модуль расширения ЕМ235

На рисунке ниже представлено подключение модернизированного геймпада к контролеру.


Проект находится в стадии разработки, поэтому на этом  доклад заканчивается.


knoppix

1) А передачи можно будет переключать, на картинке ручка переключения есть?
2) Картинки есть, цифры на них есть, что цифры значат нет. Да, еще трубопровод со стрелочками хорош.
3) Зачем два человека, как планируется разделять работу?
Амурский Государственный Университет  - 2010 - Специалист
Harbin Institute of Technology - 2016 - M.Sc.Eng
Главный инженер-программист АСУ ТП

Arkadii


1) Отредактировал доклад и описал более подробно принцип работы механизма переключения передач.
2) Исправил.
3) Один человек занимается модернизацией системы управления, другой модернизации платы комутации.

Arkadii

Добавлена 2 часть доклада "Система коммутации". Готовы ответить на интересующие вопросы.

knoppix

Заключение?
Я тут немного понудю, но у каждой статьи должна быть структура, а у вас поток мыслей. По факту, из вашей работы достаточно тяжело понять что и как вы хотите делать, и какой результат вы хотите получить. Я не спорю, для вас это очевидно, вы разработчик. Для меня как, допустим, для заказчика абсолютно нет.
Амурский Государственный Университет  - 2010 - Специалист
Harbin Institute of Technology - 2016 - M.Sc.Eng
Главный инженер-программист АСУ ТП

ran

В программу конференции УЖЕ вошло "ручное управление", поэтому систему коммутации переместите, пожалуйста, в отдельный доклад. Пусть будет два отдельных доклада.

IkaR_RUS

#6
Среда, апреля 12, 2017, 05:41:24 Последнее редактирование: Среда, апреля 12, 2017, 06:44:33 от IkaR_RUS
Я конечно понимаю, что сделать управление манипулятором должным образом:

это не наш уровень, но черт возьми, как можно краном управлять с помощью руля? это же не логично и не удобно.
управление должно быть максимум манипуляторами типа джойстик:


не один робот рулем не управляется

1) приведите Ваши аргументы в пользу выбора руля для управления, кроме того, что он остался у Вас от NFS и покупать его не пришлось?
2) в чем смысл всей работы? заменить кнопки другими кнопками (в какой форме они бы не были) это чисто механическая работа, ничего программировать, рассчитывать не надо.

зы: как по мне если Вы серьезно хотите или уже прикрутили руль, то в следующем году будет новый диплом, о том как этот руль вырывают с корнями и ставят что-то новое.

ran

"Надо же чем-то занять себя в этой вечности"

knoppix

Перчатка кстати вполне доступный уровень, в эпоху микроконтроллерных плат, кучи модулей и тысяч библиотек под них. Поэтому задача современного "разработчика" выросшего на ардуинах зачастую заключается в выборе МК помощнее, чтобы получившееся детище коллективного разума работало с приемлемой скоростью.


Выключатели - любые какие есть, но, как было написано выше, они должны иметь мгновенный (то есть незапирающий) тип.

Провода любые, главное, чтобы их можно было легко припаять к разъему.
А потом у нас ракеты о небесную твердь разбиваются.
Амурский Государственный Университет  - 2010 - Специалист
Harbin Institute of Technology - 2016 - M.Sc.Eng
Главный инженер-программист АСУ ТП

ran

Перчатка - это хорошо. А куда руль девать? (помните, детский анекдот: "Уберите этого с руля. Я не сруль, я - Чебурашка!)

Вверх